Il nuovo analizzatore di potenza HIOKI PW8001 stabilisce un nuovo standard di settore grazie alla sua precisione ineguagliabile, offrendo la soluzione definitiva per misurazioni ad alta frequenza e alta potenza. Ciò consente di effettuare misurazioni di massima efficienza, dalle applicazioni all'avanguardia basate su SiC e GaN fino all'analisi di potenza di complessi sistemi di propulsione multimotore.

Ideale per applicazioni in SiC e GaN

L'utilizzo di semiconduttori SiC e GaN per tutti i tipi di convertitori di potenza è in rapida crescita. Ma perché l'impiego di semiconduttori SiC o GaN è così interessante? I semiconduttori SiC e GaN consentono ulteriori miglioramenti nell'efficienza dei convertitori di potenza, permettendo al contempo una riduzione delle dimensioni e del peso. Un ulteriore vantaggio derivante dalla riduzione delle dimensioni è la maggiore flessibilità nella progettazione dei PCB, anche in spazi ristretti. Tuttavia, come sempre, c'è anche uno svantaggio. I semiconduttori SiC e GaN operano a frequenze di commutazione più elevate rispetto ai semiconduttori convenzionali a base di silicio e generano più rumore, richiedendo un analizzatore di potenza con una larghezza di banda maggiore e una migliore resistenza al rumore esterno. L'Hioki PW8001, in combinazione con i sensori di corrente Hioki, è la scelta ideale per questa sfida. L'accuratezza di potenza leader del settore per corrente continua e frequenze pari o superiori a 50 kHz, combinata con l'inedito rapporto di riduzione della tensione di modo comune (CMRR) del PW8001 e dei sensori di corrente Hioki, garantisce misurazioni estremamente precise e non influenzate, anche in ambienti estremamente rumorosi.

Quando si sviluppa un caricabatterie wireless ad alta efficienza o un inverter per motori di veicoli elettrici o droni, la precisione del sistema di misurazione è fondamentale. Deve essere in grado di misurare anche i più piccoli miglioramenti di efficienza. Ciò significa che l'analizzatore di potenza deve misurare sia la corrente continua (CC) che le alte frequenze, come 50 kHz o anche superiori, con la massima precisione possibile. Il PW8001 è perfetto per questo tipo di lavoro.

In combinazione con il modulo di ingresso ad alta precisione U7005, che offre una frequenza di campionamento di 15 MS/s e una conversione A/D a 18 bit, il PW8001 garantisce una precisione di potenza dello 0,05% per la corrente continua, dello 0,03% a 50/60 Hz e un valore leader di mercato dello 0,2% a 50 kHz. 

Analizzatore di potenza per 1500 V CC CAT II

La tendenza verso impianti solari più potenti ha portato a un aumento della tensione di esercizio. Oggi, 1500 V CC è diventato lo standard. Inoltre, gli impianti solari vengono integrati con soluzioni di accumulo locali per bilanciare la rete o per fornire energia 24 ore su 24. Un altro settore in cui le tensioni più elevate stanno diventando più comuni è l'elettrificazione di autocarri e autobus pesanti. Mentre i veicoli elettrici standard utilizzano sistemi a 400 V CC o 800 V CC, il settore dei trasporti si sta spostando verso i 1200 V CC per aumentare la potenza del sistema e ridurre i tempi di ricarica.

Per fornire una soluzione di misurazione della potenza adatta a queste nuove tendenze tecnologiche, Hioki ha sviluppato il modulo di ingresso ad alta tensione U7001. Con l'U7001, Hioki è la prima azienda sul mercato a offrire un analizzatore di potenza da banco CAT II da 1500 V CC. Questa caratteristica consente di utilizzare il PW8001 per lo sviluppo e il collaudo in produzione di condizionatori di potenza solare, sistemi di trasmissione e soluzioni di ricarica rapida per veicoli elettrici pesanti con tensioni di sistema superiori a 1000 V CC.

Analisi del sistema di azionamento a 4 motori

Oggi i droni vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, come riprese video aeree, sorveglianza, ispezioni in ambienti pericolosi e consegne di pacchi. I droni dotati di defibrillatore (AED) possono persino salvare vite umane, poiché riescono ad arrivare sul luogo dell'emergenza in luoghi affollati come festival o centri città prima dell'ambulanza. Altre aziende stanno addirittura sviluppando droni più grandi e potenti, come i droni taxi.

Per tutti questi droni, l'efficienza e l'affidabilità del sistema di propulsione sono estremamente importanti, poiché ogni aumento di efficienza si traduce in un aumento dell'autonomia. Il PW8001 con l'opzione di valutazione a 4 motori è lo strumento di sviluppo ideale per droni e altri sistemi di propulsione a 4 motori, come veicoli elettrici ad alte prestazioni, autobus elettrici con trazione integrata nelle ruote e robot industriali. Consente di analizzare simultaneamente le prestazioni di tutti e quattro i motori, rendendo il bilanciamento del sistema di propulsione molto più rapido e semplice, e portando a progetti più efficienti e affidabili.

Correzione automatica dello sfasamento

Nella progettazione di elicotteri ausiliari per veicoli elettrici (ibridi) o di sistemi di correzione attiva del fattore di potenza per la rete elettrica, la misurazione delle perdite di potenza di reattori e trasformatori è fondamentale. La natura induttiva di questi componenti rende difficile una misurazione accurata, soprattutto alle alte frequenze. Una delle ragioni è che tensione e corrente devono essere misurate simultaneamente per misurare con precisione la potenza attiva. Tuttavia, i sensori di corrente presentano sempre un ritardo temporale. Pertanto, per misurare con precisione le perdite di un reattore o di un trasformatore, è necessario eliminare il ritardo temporale dei sensori di corrente nell'intero intervallo di frequenza.

Per questo motivo, Hioki ha implementato anni fa una funzione di correzione dello sfasamento di serie, che ora è stata ulteriormente migliorata con una semplice funzione "plug-and-play" che non richiede alcun intervento manuale, ovvero la correzione automatica dello sfasamento (APSC). Questa nuova ed esclusiva funzione è disponibile per la prima volta con il nuovo analizzatore di potenza PW8001. La funzione APSC garantisce prestazioni ineguagliabili per le misurazioni delle perdite di reattori e trasformatori ad alta frequenza.

Affinché la funzione APSC funzioni correttamente, sono necessarie due cose:

• il sensore di corrente con un ritardo temporale costante noto
• l'analizzatore di potenza in grado di compensare il ritardo temporale

Essendo l'unico produttore di analizzatori di potenza che progetta e produce anche sensori di corrente, Hioki si trova in una posizione unica per ottimizzare i sensori di corrente per l'APSC.

I sensori di corrente Hioki delle serie CT68 e CT69 sono stati progettati per ottenere un ritardo temporale costante sull'intera gamma di frequenza, come mostrato in Figura 1.

Grazie a questa caratteristica esclusiva, il PW8001 è in grado di compensare il ritardo temporale del sensore di corrente, indipendentemente dalla frequenza misurata. Altri sensori di corrente presenti sul mercato tendono ad essere progettati con particolare attenzione a ridurre lo sfasamento alle alte frequenze. Di conseguenza, questi sensori di corrente non presentano un ritardo temporale costante sull'intera gamma di frequenze. Ciò è illustrato nella Figura 2, che mostra il ritardo temporale di un sensore comparabile disponibile sul mercato.

Figura 2: Confronto del ritardo temporale

Poiché il ritardo temporale del sensore comparabile varia tra 100 ns e 20 ns, risulta evidente che tale configurazione rende il sensore inadatto alla correzione dello sfasamento, in quanto l'analizzatore di potenza non può compensare il ritardo temporale a tutte le frequenze misurate.

Anche il posizionamento del conduttore nel sensore di corrente può influenzare la precisione della misurazione. Questo è illustrato nelle figure 3 e 4.

Figura 3: Ritardo di fase e posizione del nucleo del cavo HIOKI CT68

Nella Figura 3, tutte le curve sono perfettamente sovrapposte, a dimostrazione che la posizione del driver non influenza il ritardo di fase.

Gli stessi test sono stati eseguiti con un sensore di corrente comparabile e il risultato è mostrato nella Figura 4.

I risultati sono molto diversi. In questo caso, la posizione del conduttore influenza il ritardo di fase a frequenze superiori a 100 kHz e inciderà sull'accuratezza complessiva della misurazione della potenza alle alte frequenze, come nel caso dell'utilizzo di semiconduttori in SiC e GaN.

Massima flessibilità

La crescente complessità delle applicazioni energetiche, come le soluzioni integrate di energia rinnovabile con accumulo locale, connessione alla rete e ricarica dei veicoli elettrici, richiede un aumento dei canali energetici per poter analizzare il comportamento dinamico del sistema energetico.

Il PW8001, con i suoi ingressi di potenza modulari a 8 canali in un unico strumento, la libera scelta dei moduli di ingresso ad alta tensione U7001 e U7005 e la gamma del sensore di corrente eccessiva da 20A a 2000A, offre la possibilità di comporre la propria soluzione di misurazione della potenza "su misura".